Ngẫu lực là gì? Ví dụ? Công thức tính momen của ngẫu lực?

1. Ngẫu lực là gì?

1.1. Khái niệm:

Hệ hai lực song song ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật gọi là ngẫu lực.

Ví dụ:

– Dùng tay vặn vòi nước ta đã tác dụng vào vòi một ngẫu lực.

– Dùng tua-vít để vặn đinh ốc, ta tác dụng vào tuanơvit một ngẫu lực.

– Khi ô tô sắp qua đoạn đường ngoặt, người lái xe tác dụng một ngẫu lực vào tay lái (vô lăng).

1.2. Tại sao ngẫu lực được gọi là ngẫu lực?

Ngẫu lực được gọi là ngẫu lực vì nó là một hệ hai lực ngẫu nhiên, tức là hai lực này không có mối liên hệ trực tiếp với nhau. Hai lực này có cùng độ lớn, cùng hướng và cùng tác dụng lên một vật. Tuy nhiên, hai lực này không có quy luật tương đối với nhau. Do đó, ta gọi nó là ngẫu lực.

2. Tác dụng của ngẫu lực đối với một vật rắn:

2.1. Trường hợp vật không có trục quay cố định:

Trong trường hợp vật không có trục quay cố định và chỉ chịu tác dụng của ngẫu lực thì nó sẽ quay quanh một trục đi qua trọng tâm và cùng vuông góc với mặt phẳng chứa ngẫu lực.

2.2. Trường hợp vật có trục quay cố định:

– Dưới tác dụng của ngẫu lực vật sẽ quay quanh trục cố định đó. Nếu trục quay đi qua trọng tâm thì trục quay không chịu lực tác dụng. Nếu trục quay không đi qua trọng tâm thì trọng tâm của vật sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay và có lực tác dụng vào trục quay làm trục quay biến dạng.

– Khi chế tạo các bộ phận quay của máy móc phải làm cho trục quay đi qua trọng tâm của nó. 

2.3. Công thức tính momen ngẫu lực:

Ngẫu lực chỉ tác dụng vào một lực làm cho vật đó quay chứ không tịnh tiến.

Đối với các trục quay vuông góc với mặt phẳng có chứa ngẫu lực thì momen của ngẫu lực không phụ thuộc vào vị trí trục quay.

Qua đó ta có công thức tính momen ngẫu lực: 

M = F1. d1 + F2.d2 = F(d1 + d2) = F.d

Trong đó:

M: Là momen lực (N.m)

F: Là lực tác dụng (N)

d: Là khoảng cách giữa hai giá của hai lực hay còn gọi là tay đòn của lực (m)

Nhận xét:

Khi d = 0 => M = 0. Nếu giá của lực đi qua tâm quay thì lực không có tác dụng làm quay.

M = F.d Nếu muốn tăng momen lực ta có thể tăng độ lớn của lực hoặc độ dài cánh tay đòn.

3. Ứng dụng thực tế của ngẫu lực:

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Đây là một khái niệm trong vật lý, và có nhiều ứng dụng thực tế trong cuộc sống hàng ngày. Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng của ngẫu lực:

– Dùng tay vặn vòi nước: Khi bạn vặn vòi nước bằng hai ngón tay, điều này tạo ra một ngẫu lực giúp bạn dễ dàng vặn và điều chỉnh lượng nước chảy ra. Ngẫu lực trong trường hợp này giúp bạn làm việc mà không cần áp lực quá lớn lên từng ngón tay.

– Dùng cờ lê: Khi bạn sử dụng cờ lê để lực vặn ốc, cờ lê tạo ra một ngẫu lực làm tăng lực vặn lên ốc đó. Điều này giúp bạn áp dụng lực nhỏ hơn, nhưng có thể tạo ra một lực lớn hơn để vặn cố định ốc.

– Đinh chộm: Khi bạn đóng đinh chộm bằng cách đánh đinh với búa, ngẫu lực được tạo ra khi bạn đánh đóng mà cản trở hoặc ghìm nó lại vào bề mặt. Điều này giúp đảm bảo rằng đinh được cố định và không di chuyển.

– Nặn đồ chơi: Khi bạn nặn các bộ đồ chơi nhỏ như Rubik, ngẫu lực được tạo ra khi bạn áp dụng lực bằng tay để xoay những phần của đồ chơi đó. Ngẫu lực giúp bạn áp dụng một lực nhỏ nhưng tác dụng lớn để đạt được sự thay đổi toàn bộ nơi đặt tay lên.

Các ví dụ trên chỉ là một phần nhỏ của ứng dụng của ngẫu lực trong cuộc sống hàng ngày. Ngẫu lực giúp chúng ta tăng cường lực lượng và hiệu suất trong việc thực hiện các công việc cơ bản mà không cần áp dụng lực lượng quá mạnh từ một điểm duy nhất.

4. Ngẫu lực có thể gây ra hiện tượng gì trên vật thể?

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Hiện tượng mà ngẫu lực có thể gây ra trên vật thể là:

– Nếu ngẫu lực không có hướng di chuyển, tức là tổng lực trong hệ ngẫu lực bằng 0, vật thể sẽ giữ nguyên vị trí ban đầu.

– Nếu ngẫu lực có hướng di chuyển nhưng lực đẩy lớn hơn lực kéo, vật thể sẽ di chuyển theo hướng lực đẩy.

– Nếu ngẫu lực có hướng di chuyển nhưng lực kéo lớn hơn lực đẩy, vật thể sẽ di chuyển theo hướng lực kéo.

– Nếu ngẫu lực có hướng di chuyển và lực đẩy bằng lực kéo, vật thể sẽ vẫn giữ nguyên vị trí ban đầu nhưng có thể bị biến dạng.

Hiện tượng được gây ra bởi ngẫu lực phụ thuộc vào đặc điểm của lực và hướng di chuyển của ngẫu lực, cùng với đặc tính và khối lượng của vật thể.

5. Ngẫu lực có thể đo lường được không?

Ngẫu lực không thể đo lường trực tiếp bằng đơn vị đo lường thông thường như độ lớn hay đơn vị khác. Tuy vậy, ngẫu lực có thể được xác định thông qua phương pháp đo lường bằng cách sử dụng thiết bị đo lường lực.

Một trong những phương pháp đo lường thường được sử dụng để xác định ngẫu lực là sử dụng cân lực. Cân lực là một thiết bị đo lường lực được sử dụng để đo lực tác động lên một vật. Để xác định ngẫu lực, ta sử dụng hai cân lực có độ lớn bằng nhau để tác động vào vật theo hướng ngược chiều nhau và song song với nhau. Nếu lực của hai cân lực này cân bằng nhau thì vật sẽ không chuyển động, do đó ta biết rằng ngẫu lực của vật đó bằng lực của hai cân lực.

Tuy nhiên, phương pháp này chỉ áp dụng được cho các trường hợp đơn giản, khi có thể tạo ra hai lực song song, ngược chiều và có độ lớn bằng nhau. Các trường hợp phức tạp hơn có thể yêu cầu sử dụng các phương pháp đo lường lực chuyên dụng và phức tạp hơn.

6. Ngẫu lực có mối liên hệ gì với các lực kéo dãn, nén, và lực ma sát?

Ngẫu lực là một khái niệm trong vật lý, mô tả tình huống khi hai lực có độ lớn bằng nhau và hướng ngược chiều đồng thời tác động vào cùng một vật. Cụ thể, ngẫu lực liên quan đến việc xét tác động của hai lực song song có độ lớn bằng nhau vào một vật.

Trong trường hợp của ngẫu lực, vật sẽ không chuyển động do lực kéo dãn hoặc lực ma sát nhưng vẫn xuất hiện một lực kết quả. Lực kết quả này có hướng ngược chiều với hai lực ban đầu và có độ lớn bằng lực kéo dãn hoặc lực ma sát.

Về mối liên hệ của ngẫu lực với các lực kéo dãn, nén và lực ma sát, chúng không có mối liên hệ trực tiếp. Ngẫu lực chỉ xét tương tác giữa hai lực song song và không liên quan đến các lực kéo dãn, nén và lực ma sát. Tuy nhiên, trong một tình huống phức tạp hơn, có thể có sự kết hợp của các lực này gây ảnh hưởng đến hệ thống vật chất.

Để rõ ràng hơn, hãy cung cấp thông tin chi tiết về ví dụ cụ thể liên quan đến lực kéo dãn, lực nén, và lực ma sát mà bạn quan tâm để có thể xem xét mối liên hệ giữa chúng và ngẫu lực.

7. Ngẫu lực có thể áp dụng cho bất kỳ vật thể nào không?

Ngẫu lực là hệ hai lực song song, ngược chiều, có độ lớn bằng nhau và cùng tác dụng vào một vật. Vật thể có thể áp dụng ngẫu lực phụ thuộc vào các yếu tố sau đây:

1. Đối tượng áp dụng: Ngẫu lực có thể áp dụng cho bất kỳ vật thể nào, từ vật nhỏ như một chiếc đinh hay một que tăm đến vật lớn như một ngư thủy hải sản hay một con tàu. Có thể nói rằng, với bất kỳ vật thể nào tồn tại hai lực song song, ngược chiều và cùng độ lớn, ngẫu lực sẽ được áp dụng.

2. Độ lớn của hai lực: Đối với ngẫu lực, hai lực có độ lớn bằng nhau. Khi áp dụng ngẫu lực vào một vật thể, hai lực này tác động vào vật theo hai hướng song song nhau, và độ lớn của chúng phải bằng nhau.

3. Hướng tác động: Hai lực trong ngẫu lực tác động vào vật theo hướng ngược chiều. Điều này có nghĩa là, nếu một lực tác động vào vật theo hướng từ trên xuống, lực còn lại sẽ tác động vào vật từ dưới lên, và ngược lại.

4. Điều kiện bảo đảm cân bằng: Khi hai lực trong ngẫu lực có độ lớn bằng nhau và tác động vào vật theo cùng một hướng, vật thể sẽ duy trì cân bằng. Điều này có nghĩa là vật không chuyển động và không bị biến dạng do tác động của ngẫu lực.

Vậy, ngẫu lực có thể áp dụng cho bất kỳ vật thể nào nếu thoả mãn các điều kiện trên.